科學家稱量子物理學有助理解人類大腦決策行為

　　科學家一般認為量子理論只能對微觀層面「施威」，而對宏觀層面則束手無策。但據英國《新科學家》網站近日報道，如今有科學家提出，在量子世界起重要作用的互補原理和概率理論同樣可用來解釋一些宏觀現象，比如人類的決策過程等。這是因為普通的概率理論無法將對人的決策行為產生重大影響的特定情境考慮在內，不過有了量子概率理論，一切似乎迎刃而解。

　　有物理學家表示，將量子力學的規則應用於心理學和經濟學有助於我們理解大腦和人類的決策行為。

　　量子力學過程也會出現在微觀尺度

　　如果有人讓你將意識和無意識區別開，你能做到嗎？仔細想想，這確實是一項很困難的任務。如果意識存在著一個物理學的基礎——意識是客觀世界在人腦中的反映，那麼，無意識也如此嗎？

　　或許，我們都曾經認為，給出這一問題答案的將是心理學家而非物理學家。畢竟，物理學家們主要研究的是物質和輻射等。但如果你這麼想的話，就大錯特錯了。給出答案的正是1945年因為量子力學領域的研究而摘得諾貝爾物理學獎桂冠的美籍奧地利科學家沃爾夫岡·泡利。他認為，意識與無意識的關係同量子力學的一個核心思想互補原理類似。

　　互補原理是量子力學的三大原理之一(另外兩個是不確定性原理和泡利不相容原理)，由丹麥物理學家、哥本哈根學派創始人尼爾斯·波爾提出。該原理認為，微觀客體和測量儀器之間具有「原則上不可控制的相互作用」，這種「原則上的不可控制作用」是「量子現象的一個不可分割的部分」，由於這種「原則上不可控制的相互作用」，使我們在分析量子效應時，不可能明確地區分原子客體的獨立行動及其與測量儀器間的相互作用，這些測量儀器是用來確定現象發生的條件的。

　　泡利的類比涵蓋了兩個完全不同的尺度：統轄原子、電子和質子行為的量子尺度以及微觀尺度(在本文中，統轄的是大腦)。人們真的能在這兩個不同的世界之間划上等號嗎？畢竟，自從上世紀20年代量子力學誕生以來，人們的普遍觀念是，這一理論並不適用於量子以外的尺度。

　　在量子尺度暢行無阻的規則並不遵循微觀世界的邏輯。電子展示出何種行為，取決於其是否被探測到，這一點已經被開創性的電子雙縫干涉實驗所證明，這一實驗也表明，電子似乎具有「分身術」，能同時出現在兩個地方。另外一個特徵就是疊加——粒子的表現似乎讓人覺得它們是一個整體，儘管它們相距很遠。

　　然而，在過去15年內，有越來越多的證據表明，量子力學過程也會出現在微觀尺度。比如，奧地利維也納大學的安東·蔡林格和同事就通過實驗證明，巴基球(含有60個碳原子的富勒烯分子)可以表現出波—粒二像性，這是一個奇特的量子效應，很多人曾認為在如此大的分子中不可能存在這種效應。而且，科學家們在最近對人類味覺的研究中也發現，當氣味分子激活鼻子內的受體時，也會出現量子力學效應。

　　以上這些實驗表明，某些出現在很大尺度上的量子過程也能用量子力學的規則來闡釋。但是，我們能在沒有量子行為出現的情況下使用這些規則嗎？科學家認為很有可能，而且，這也是最近即將出版的新書《量子社會科學》一書所集中闡釋的內容。這本書提出的觀點是，可以在量子物理學所無法統轄的領域內使用「類量子」模型(在這種意義上，它們同量子物理學沒有直接的關聯)，而且，作者尤其對用量子力學來揭示複雜的社會系統的行為非常感興趣。

　　量子力學可用於解釋人的決策行為

　　將量子力學應用於物理學之外的其他領域這一想法十年前就已初露端倪，那時，科學家試圖找到新方法來為社會科學領域的信息——諸如那些推動房價上漲的信息建立模型。他們發現，從量子世界來的概念或許具有非常深遠的發人深省的經濟學意義。例如，量子勢在構造定價公式方面起著重要的作用。美國飲譽當代的量子物理學家和科學思想家戴維·約瑟夫·玻姆認為，在量子世界中粒子仍然是沿著一條精確的連續軌跡運動的，只是這條軌跡不僅由通常的力來決定，而且還受到一種更微妙的量子勢的影響。量子勢由波函數產生，它通過提供關於整個環境的能動信息來引導粒子運動，正是它的存在導致了微觀粒子不同於宏觀物體的奇異的運動表現。

　　儘管將量子力學應用於社會科學領域這一理念仍然很新，但是，有越來越多的例子提供了各種令人信服的證據，這些證據表明，量子力學為我們提供了一種全新的理解複雜情境的方式。這一方法對決策領域的影響似乎最大。

　　心理學和經濟學領域廣泛使用了各種模型來對決策行為進行描述。但是，創建出一個精確的模型是一個巨大的挑戰。很多傳統模型都基於一個基本的假設——我們是理性人，一舉一動都是為了確保收益最大化。但實際情況並非如此，因為我們的理性會受到我們的偏好的影響。

　　能夠說明這一點的一個經典的例子就是埃爾斯伯格悖論。1961年，美國科學家丹尼爾·埃爾斯伯格進行了一個賭博實驗，得出的結論就是艾爾斯伯格悖論，它表明人是厭惡模糊的，即，不喜歡他們對某一博弈的概率分布不清楚，也即，人在冒險時喜歡用已知的概率作根據，而非未知的概率。人在決策是否參賭一個不確定事件的時候，除了事件的概率之外，也考慮到它的來源。

　　後來，美國斯坦福大學的心理學家阿莫斯·特沃斯基和普林斯頓大學的心理學家埃爾德·沙菲爾借用這一悖論的邏輯來測試人們如何在一個兩階段的賭博行為中做出決策。他們證明，儘管第二階段的結果與第一階段的結果無關，但參與者決定進入第二階段仍然受到了其是否被告知在第一階段的賭博行為中的表現的影響。這一研究告訴我們：不確定性——就算是毫不相干的不確定性——都可能在我們作決定時迷惑我們。

　　艾爾斯伯格悖論強調的人類厭惡模糊，寧願用已知的概率而非未知的概率做依據使很多經濟學家和心理學家們困惑不已，因為它違背了全概率的基本法則，全概率是一個經典的模型，用來計算某一結果的可能性。

　　那麼，怎麼解釋這種情況呢？這是否意味著量子理論並不適用呢？並非如此。科學家們已經證明，同樣的全概率法則在雙縫實驗中也被違背了。為了採用數學方法解釋這一點，需要引入一個特殊的因子——干涉項。印地安那大學的經濟學家傑羅姆·巴瑟梅耶和比利時布魯塞爾自由大學的物理學家戴德瑞克·阿茲領導的研究表明，這一干涉項也能被用來解釋埃爾斯伯格悖論中起作用的概率值。不僅如此，還有其他決策悖論也能用量子力學的概率法則進行理解。

　　為什麼量子力學的數學方法為我們提供了一種更好地理解這些悖論的方法呢？這是因為，在現實生活中，人們總是依靠情境來做決定，情境糅雜了物理學、社會學和經濟學的因素。儘管經典的概率法則很容易將量子概率的規則囊括在內，但其並不會考慮這些情境，而量子力學則做到了這一點。

　　讓腦科學等受益

　　腦科學是另一個能從類量子方法獲益的領域。應用量子信息理論的法則來為大腦建模已經開啟了類量子人工智慧領域，在這一領域中，機器學習利用量子力學提供的演算法進行工作。今年5月份，谷歌公司和美國國家航空航天局(NASA)宣布啟動其量子人工智慧實驗室，這個標誌性的事件或許可以彰顯類量子人工智慧的前沿性和重要性。

　　另外，科學家一直試圖釐清選舉如何受到大眾媒體提供的海量信息的影響。結果表明，所謂的量子主方程使我們可以描述社會系統和其環境以及投票者的個人偏好之間的相互作用。

　　量子社會科學仍然是一門新興科學，但是，它為科學家提供了一種重要的新方式，讓他們可以為複雜環境內的信息建模。但有一點需要明確，這並不是在量子層面重新構建社會科學，而且，這也並不是說量子物理學發生在我們所描述的那些複雜且大尺度的過程內，而是說，可以用量子力學來解釋這些複雜的現象。

　　目前，從其受歡迎的程度來看，這個新的領域正在被廣泛接受，而且，有越來越多資金慢慢湧入這一領域，其前景似乎一片光明。(記者 劉霞)